《2020届高考生物一轮复习专题26基因工程课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考生物一轮复习专题26基因工程课件.pptx（128页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、专题二十六基因工程高考生物高考生物 (北京市选考专用)A A组自主命题组自主命题北京卷题组北京卷题组五年高考1.(2019北京理综,4,6分)甲、乙是严重危害某二倍体观赏植物的病害。研究者先分别获得抗甲、乙的转基因植株,再将二者杂交后得到F1,结合单倍体育种技术,培育出同时抗甲、乙的植物新品种。以下对相关操作及结果的叙述,错误的是()A.将含有目的基因和标记基因的载体导入受体细胞B.通过接种病原体对转基因的植株进行抗病性鉴定C.调整培养基中植物激素比例获得F1花粉再生植株D.经花粉离体培养获得的若干再生植株均为二倍体答案答案D基因工程中需将含有目的基因和标记基因的载体导入受体细胞,A正确;通过
2、接种病原体,可在个体生物学水平上对转基因的植株进行抗病性鉴定,B正确;在花粉离体培养过程中,生长素与细胞分裂素的比例影响脱分化与再分化过程,调整培养基中生长素与细胞分裂素比例有利于获得F1花粉再生植株,C正确;经花粉离体培养获得的若干再生植株均为单倍体,D错误。素养解读素养解读本题借助育种相关知识,考查考生运用所学知识,分析某些生物学问题、作出合理判断的能力;试题通过抗甲、乙病害的植物新品种的培育,体现了科学思维素养中的演绎与推理要素。2.(2018北京理综,5,6分)用Xho和Sal两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是()图1酶切位点
3、图图2电泳结果示意图A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同B.图2中酶切产物可用于构建重组DNAC.泳道中是用Sal处理得到的酶切产物D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA答案答案D图1中,两种限制性核酸内切酶的酶切位点不同,说明两种限制性核酸内切酶识别的核苷酸序列不同,A正确。图2中,两种酶的酶切产物都为DNA片段,都可用于构建重组DNA,B正确。结合图1的酶切位点图,判断两种酶切DNA后得到的DNA片段数;再结合泳道电泳结果知,泳道是用Sal处理得到的酶切产物,C正确。能被限制性核酸内切酶酶切的DNA片段仍为双链DNA,D错误。知识拓展知识拓展为什么现代基因工程不使用同一种限制酶?为防止载体
4、或目的基因发生自身环化,我们常用不同的限制酶分别处理目的基因和载体,使目的基因两侧及载体各自具有两个不同的末端。素养解读素养解读本题通过陌生情境的实验探究的形式考查辨认、比较的理解能力。突出体现科学思维与科学探究。3.(2017北京理综,5,6分)为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是()A.用限制性核酸内切酶EcoR和连接酶构建重组质粒B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上答
5、案答案C本题主要考查基因工程的相关知识。由于C基因两端及质粒上均存在限制酶EcoR的酶切位点,因此,可采用限制酶EcoR和DNA连接酶构建重组质粒;用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织(即农杆菌转化法),可以将C基因导入细胞;由于质粒上存在潮霉素抗性基因(标记基因),因此,可以在培养基中添加潮霉素,筛选被转化的菊花细胞,C符合题意;可用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上。4.(2015北京理综,5,6分)在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的常规实验步骤中,不需要的是()A.用携带目的基因的农杆菌侵染植物细胞B.用选择培养基筛选导入目的基因的细胞C.用聚乙二醇诱导转基因细胞的原生质体
6、融合D.用适当比例的生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织生芽答案答案C用农杆菌转化法获得的转基因细胞需经植物组织培养获得转基因个体,不需要经过原生质体融合过程,C错误。B B组统一命题、省组统一命题、省( (区、市区、市) )卷题组卷题组考点考点1 1基因工程的工具与操作程序基因工程的工具与操作程序1.(2019江苏单科,16,2分)下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是()A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛D.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患
7、者,进行基因治疗答案答案D本题以基因工程为信息载体,考查考生运用所学知识,对某些生物学问题进行解释、推理得出正确结论的能力;试题通过基因工程技术遗传性分析,体现了对科学思维素养中的分析与判断要素的考查。胰岛素基因表达质粒导入大肠杆菌,获得的工程菌可将胰岛素基因遗传给子代,A不符合题意;B、C培育的转基因植物和转基因动物的每个细胞均含有目有基因,后代可表现转基因性状,B、C不符合题意;将转入目的基因的淋巴细胞回输患者体内后,患者的生殖细胞不含目的基因,故子代不表现转基因性状,D符合题意。2.(2015广东理综,25,6分)如图为培育转基因山羊生产人-酪蛋白的流程图。下列叙述正确的是(双选)()A
8、.过程所用的人-酪蛋白基因可从人cDNA文库中获得B.过程可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植C.过程可使用胚胎分割技术扩大转基因山羊群体D.过程人-酪蛋白基因在细胞质内进行转录、翻译答案答案AC胚胎移植一般选桑椹胚或囊胚期胚胎进行移植,不能选用原肠胚,B错误;基因的转录发生在细胞核内,D错误。3.(2015重庆理综,6,6分)下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述,正确的是()A.表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得B.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点C.借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来D.启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用
9、答案答案C由于人肝细胞中胰岛素基因不能表达,所以无法利用肝细胞mRNA反转录获得胰岛素基因,A项错误;表达载体的复制启动于复制原点,胰岛素基因的转录启动于启动子,B项错误;抗生素抗性基因是标记基因,作用是检测受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有胰岛素基因的受体细胞筛选出来,C项正确;启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,是转录的起点,而终止密码子位于mRNA上,在翻译中起作用,D项错误。4.(2019江苏单科,33,8分)(8分)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题:图1(1)EcoR酶切位点为
10、,EcoR酶切出来的线性载体P1为末端。(2)用TaqDNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在酶作用下,形成重组质粒P3。(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是(填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是、GATATCCTATAG。(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒,拟设计引物进行PCR鉴定。图2
11、所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,PCR鉴定时应选择的一对引物是。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400bp片段,原因是。菌落类型平板类型ABC无抗生素+氨苄青霉素+-四环素+-氨苄青霉素+四环素+-图2答案答案(1)平(2)胸腺嘧啶(T)DNA连接(3)BA类菌落含有P0C类菌落未转入质粒(4)乙丙目的基因反向连接解析解析本题借助基因工程相关知识,考查考生从表格、图形等提取信息并运用这些信息解决相关问题的能力;通过构建重组质粒的过程图示和菌落生长情况分析等体现了科学思维素养中的演绎与推理要素。(1)EcoR从识别序列的中心轴线处切割,所以产生的末端为平
12、末端。(2)由于载体和目的基因要连接成DNA分子,所以目的基因片段的两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸时,载体P1的两端应各添加一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。在DNA连接酶的作用下,可将P2和目的基因连接,形成重组质粒P3。(3)重组质粒P3上有完整的氨苄青霉素基因,所以含有重组质粒P3的菌落在无抗生素和添加氨苄青霉素的培养基上能生长,而在添加四环素的培养基上不能生长,所以应选择的是B类菌落。A类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基上均能生长,说明A类菌落导入了P0。C类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基上均不能生长,说明C类菌落未导入质粒。(4)选择的一对引
13、物组合、目的基因与重组质粒的连接方向及扩增片段长度的可能情况如表:引物组合扩增片段(bp)连接方向甲乙乙丙甲丙正向0350450反向4000450由表可知,PCR鉴定时应选择的一对引物是乙丙。若扩增出了400bp片段,则原因是目的基因反向连接。知能拓展知能拓展PCR过程中,目的基因扩增n次,共产生2n个DNA,其中1个DNA上含引物,1个DNA上含引物,2n-2个DNA既含引物,也含引物。该过程共需要2n-1个引物和2n-1个引物。5.(2018天津理综,10,14分)甲型流感病毒为RNA病毒,易引起流感大规模流行。我国科学家在2017年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法,主要环节如下。(1)
14、改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。以病毒RNA为模板,逆转录成对应DNA后,利用技术扩增,并将其中某些基因(不包括表面抗原基因)内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比,改造后的基因表达时不能合成完整长度的,因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒,并保存。(2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊tRNA的基因,其产物的反密码子能与(1)中的终止密码子配对结合,并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与连接后导入宿主细胞。提取宿主细胞的进行分子杂交鉴定,筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿
15、主细胞。(3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,并在补加的培养基中进行培养,则该宿主细胞能利用上述特殊tRNA,翻译出改造病毒基因的完整蛋白,产生大量子代病毒,用于制备疫苗。特殊tRNA基因转录时,识别其启动子的酶是(单选)。A.病毒的DNA聚合酶B.宿主的DNA聚合酶C.病毒的RNA聚合酶D.宿主的RNA聚合酶(4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖,没有致病性,因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。与不具侵染性的流感病毒灭活疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起免疫,增强免疫保护效果。答案答案(1)PCR多肽(或蛋白质)(2)载体总RNA(3)非天
16、然氨基酸(Uaa)D(4)细胞解析解析本题主要考查基因工程的相关知识。(1)利用PCR技术体外扩增DNA。若将基因中个别编码氨基酸的序列替换为编码终止密码子的序列,则改造后的基因转录合成的mRNA中,终止密码子提前出现,将不能控制合成完整长度的多肽(或蛋白质)。(2)目的基因只有与载体连接后才能导入宿主细胞。可提取宿主细胞的总RNA进行分子杂交鉴定,以筛选获得成功表达题述tRNA的转基因宿主细胞。(3)由(2)知,转基因宿主细胞含有的特殊tRNA基因转录的tR-NA,该tRNA的反密码子可与终止密码子配对,并可携带非天然氨基酸(Uaa),所以培养基中需补加非天然氨基酸(Uaa)。病毒中的基因进
17、行转录时,识别其启动子的酶是宿主的RNA聚合酶。(4)因该病毒疫苗具有侵染性,故可引起细胞免疫。疑难突破疑难突破1.由(1)中“个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列”可知,改造后的基因表达时不能合成完整长度的多肽。2.由(2)中特殊tRNA能与终止密码子配对结合,并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)可知,转基因宿主细胞可利用非天然氨基酸Uaa,所以培养基中需加入非天然氨基酸Uaa。3.灭活了的病毒已不具有侵染性,因此,只能引起体液免疫;而具侵染性的病毒可引起体液免疫和细胞免疫。6.(2018课标全国,38,15分)回答下列问题:(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲
18、爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是。(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加的抑制剂。答案答案(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达(
19、2)转化外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)细菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶解析解析本题主要考查基因工程的相关知识。(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞,且重组质粒在不同细胞中能正常表达,说明目的基因在不同细胞中的表达机制相同,生物界共用一套遗传密码。(2)基因工程中,受体细胞为大肠杆菌细胞时,常用Ca2+处理大肠杆菌,使之处于感受态,即Ca2+参与的转化法。噬菌体DNA与外壳蛋白组装成完整噬菌体。因噬菌体的宿主是细菌,故只有细菌可作为重组噬菌体的宿主细胞。(3)为防止目的基因表达的蛋白质被破坏,可选用不能合成蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中加入蛋白酶的抑制剂可以保护蛋白质不被水解。知识归纳
20、知识归纳目的基因导入受体细胞的方法(1)若受体细胞为植物细胞:基因枪法、花粉管通道法、农杆菌转化法。(2)若受体细胞为动物细胞:显微注射法。(3)若受体细胞为大肠杆菌:感受态细胞法(Ca2+参与的转化法)。7.(2017课标全国,38,15分)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题:(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选
21、用作为载体,其原因是。(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质作出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是。答案答案(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A(2)噬菌体噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕(3)繁殖快、容易培养(4)蛋白A的抗体(5)DNA可以从
22、一种生物个体转移到另一种生物个体解析解析本题主要涉及基因文库与cDNA文库的差异、基因工程的步骤、基因工程产物的检测方法等知识,意在考查考生提取知识、分析和归纳知识的能力。(1)真核生物和原核生物的基因结构不同,真核生物的基因中存在内含子等不能编码蛋白质的序列,原核生物的基因中不存在内含子。真核生物在基因表达时,转录出的RNA需要将内含子对应的RNA序列切除后才可进行翻译。从人的基因组文库中获得的基因A中含有内含子,而作为原核生物的大肠杆菌不能切除内含子对应的RNA序列,故基因A在大肠杆菌中无法表达出蛋白A。(2)病毒对宿主细胞的侵染具有特异性,噬菌体是专门侵染细菌的病毒,不能侵染家蚕细胞,故
23、可选用可感染家蚕的昆虫病毒作为载体。(3)与真核生物相比,大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗传物质相对较少等优点,因此在基因工程中常用原核生物作为受体细胞。(4)检测基因A是否翻译出蛋白A,一般用抗原抗体杂交的方法,即用蛋白A的抗体与从细胞中提取的蛋白质进行杂交,观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是S型菌的DNA进入R型菌体内,并可在R型菌体内完成表达,这证明了DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体,为基因工程奠定了理论基础。知识拓展知识拓展真核生物基因中通常有内含子,原核生物的基因中不含有内含子,原核生物不能切除转录的RNA中内含子对应的RNA序列,故基因工程中
24、不能将真核生物的基因直接导入原核生物,而常使用反转录的方法先获得真核生物的cDNA(不含内含子),再进行下一步操作。8.(2016课标全国,40,15分)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后,与用BamH酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:(1)质粒载体作为
25、基因工程的工具,应具备的基本条件有(答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是;并且和的细胞也是不能区分的,其原因是。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有的固体培养基。(3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自。答案答案(1)能自我复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒(
26、或答含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞解析解析(1)质粒作为载体应具备的基本条件有:能自我复制、具有标记基因、含有一至多个限制酶切割位点等。(2)由题意可知,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因,所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因,所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能,所以可用含有四环素的培养基,筛选出含有插入了目的
27、基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒,病毒增殖过程中所需的原料、酶等均来自受体细胞。知识归纳知识归纳标记基因要点总结:一般将一些抗性基因作为标记基因;标记基因的主要作用是鉴定和筛选含有目的基因的受体细胞;标记基因表达产物对什么物质有抗性,在筛选培养时则在培养基中加入什么物质;标记基因若被插入了外源DNA片段,则该标记基因会被破坏,无法表达。9.(2016江苏单科,33,9分)如表所示是几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题:图1图2(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用两种限制酶切割,酶切后
28、的载体和目的基因片段,通过酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒,需将其转入处于态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加,平板上长出的菌落,常用PCR鉴定,所用的引物组成为图2中。(3)若BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为,对于该部位,这两种酶(填“都能”“都不能”或“只有一种能”)切开。(4)若用Sau3A切图1质粒最多可能获得种大小不同的DNA片段。答案答案(1)Bcl和Hind连接感受(2)四环素引物甲和引物丙(3)TGATCCAC-TAGG都不能(4)7GGATCACCTAGT解析解析本题主要考查基因
29、工程的相关知识。(1)分析4种限制酶识别的序列可知:BamH和Bcl识别序列中含有Sau3A的识别序列,这三种酶切割DNA后可以产生相同的黏性末端。为保证质粒上含有标记基因,切割质粒时不能选用BamH和Sau3A,应选用Bcl和Hind两种限制酶切割;酶切后的载体和目的基因片段,需用DNA连接酶连接形成重组质粒,为了扩增重组质粒,需将其转入处于感受态的大肠杆菌中。(2)重组质粒中四环素抗性基因结构完整,氨苄青霉素抗性基因结构被破坏,在筛选平板培养基中添加四环素可以筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌。PCR扩增目的基因时,需用引物甲和引物丙两种引物。(3)BamH酶切产生的黏性末端为,Bcl酶切产生
30、的黏性末端为,经DNA连接酶连接后,连接部位的6个碱基对序列为,此序列不能被BamH和Bcl识别,因此不能被两种酶切开。(4)图1质粒中含有Sau3A酶的3个识别序列,如图:(A、B、C分别表示相邻切点间的DNA片段)用Sau3A酶切,若在一个切点处切割可得到:B+C+A、C+A+B、A+B+C三种DNA片段(但其大小相同),若在两个切点处切割可得到:A、B+C、A+C、B、A+B、C六种DNA片段(其大小均不同);若在三个切点处均切割,可得到A、B、C三种大小不同的DNA片段,综上所述,用Sau3A酶切质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。疑难突破疑难突破准确识别出BamH酶和Bcl酶识
31、别序列中含有Sau3A酶的识别序列,是准确解考点考点2 2PCRPCR技术及基因工程的应用技术及基因工程的应用1.(2019课标全国,38,15分)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。基因文库包括和。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的。(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是。答案答案(1)基因组文库cDNA文库(2)
32、解旋酶加热至9095氢键(3)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活解析解析本题借助基因工程的相关知识,考查考生对生物学问题进行解释的能力;通过PCR与体内DNA复制的比较,体现了科学思维中分析与推断要素。(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)体内DNA复制时,需用解旋酶打开氢键使双链DNA解旋,而PCR扩增目的基因时,是借助高温加热至9095使DNA变性解旋。(3)PCR反应体系中进行互补链的合成时,温度需控制在7075,则应使用耐高温的DNA聚合酶,即Taq酶,而不能使用大肠杆菌DNA聚合酶(高温下会失活)。易错警示易错警示PCR过程与细胞内的DNA复制过程的
33、主要区别(1)PCR过程需要的引物是人工合成的能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的一小段(单链)DNA或RNA;(2)PCR过程中DNA的解旋依靠温度变化而非解旋酶。2.(2019天津理综,9,12分)B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达,但在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验。据图回答:(1)B基因在水稻卵细胞中不转录,推测其可能的原因是卵细胞中(单选)。A.含B基因的染色体缺失B.DNA聚合酶失活C.B基因发生基因突变D.B基因的启动子无法启动转录(2)从水稻体细胞或中提取总RNA,构建文库,进而获得B基因编码蛋白的序列。将该序列与L
34、uc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能),然后构建重组表达载体。(3)在过程、转化筛选时,过程中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上,过程在培养基中应加入卡那霉素。(4)获得转基因植株过程中,以下鉴定筛选方式正确的是(多选)。A.将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交B.以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交C.以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交D.检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光(5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含一个染色体组,判定该胚是由未受精的卵细胞发育
35、形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育,由此表明。答案答案(1)D(2)精子cDNA(3)(4)BCD(5)B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚解析解析本题借助基因工程相关知识,考查运用所学知识对某些生物学问题进行推理、解释,并作出合理判断或得出正确结论的能力;试题通过B基因表达对卵细胞的影响体现了科学思维素养中的演绎与推理要素。(1)B基因的启动子无法启动转录,会导致B基因在水稻卵细胞中不转录。(2)利用水稻体细胞或精子中提取的总RNA,经逆转录法构建的基因文库为cDNA文库。(3)过程需将基因表达载体导入农杆菌,所以可在培养基中加入卡那霉素以筛选成功导入了基因表达载体的农杆
36、菌。过程农杆菌感染水稻愈伤组织,农杆菌Ti质粒的T-DNA可整合到受体细胞染色体DNA上。(4)水稻细胞中本来就有B基因,正常植株也会出现杂交带,故A错误;B、D选项是检测Luc基因及其产物,B、D正确;C选项检测对象是卵细胞中mRNA,正常水稻植株卵细胞中无B基因的mRNA,C正确。(5)一般情况下,水稻卵细胞在未受精时不能发育成胚,而转基因植株未受精的卵细胞能发育成胚,说明B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚。3.(2019江苏单科,29,8分)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中,然后通过核移植技术培育基因编辑猪,可用于生产基因工程疫苗。下图为基因编辑猪培育流程,请回答下列
37、问题:(1)对1号猪使用处理,使其超数排卵,收集并选取处在时期的卵母细胞用于核移植。(2)采集2号猪的组织块,用处理获得分散的成纤维细胞,放置于37的CO2培养箱中培养,其中CO2的作用是。(3)为获得更多基因编辑猪,可在胚胎移植前对胚胎进行。产出的基因编辑猪的性染色体来自号猪。(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达,可采用的方法有(填序号)。DNA测序染色体倍性分析体细胞结构分析抗原抗体杂交答案答案(8分)(1)促性腺激素减数第二次分裂中期(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)维持培养液的pH(3)分割2(4)解析解析本题通过基因工程、动物细胞工程和胚胎移植技术培育转基因猪为信息载体,
38、主要考查考生知识的综合运用能力;通过对转基因克隆猪培育过程的分析,体现了对科学探究中方案探讨的考查。(1)1号猪提供卵母细胞,对其使用促性腺激素处理,可实现超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常应发育至减数第二次分裂中期。(2)动物细胞培养前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将动物组织分散成单个细胞,动物细胞培养时,培养箱中一定浓度的CO2用于维持培养液的pH。(3)采用胚胎分割技术,可获得更多的基因编辑猪。因2号猪为基因提供者,故基因编辑猪的性染色体组成与2号猪相同。(4)可通过DNA测序技术检测病毒外壳基因是否导入4号猪;采用抗原抗体杂交技术,利用与该病毒外壳蛋白特异性结合的抗体,检测病毒外壳基因是否在
39、4号猪体内正常表达。方法技巧方法技巧目的基因是否表达成功的检测方法分子层次:直接检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是抗原抗体杂交法。个体层次:直接检测相关性状,如转基因抗虫植物直接接种相应害虫后,观察其是否抗虫。4.(2018江苏单科,32,8分)为生产具有特定性能的-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了-淀粉酶基因(1656个碱基对),利用基因工程大量制备-淀粉酶,实验流程见图。请回答下列问题:(1)利用PCR技术扩增-淀粉酶基因前,需先获得细菌的。(2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的端加上限制性酶切位点,且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是。(3)
40、进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中的设定与引物有关,的设定与扩增片段的长度有关。(填序号)变性温度退火温度延伸温度变性时间退火时间延伸时间(4)下图表示筛选获得的工程菌中编码-淀粉酶的mRNA的部分碱基序列:5-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU-3图中虚线框内mRNA片段包含个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个密码子最多有种。(5)获得工程菌表达的-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性,结果如下:缓冲液50mmol/LNa2HPO4-KH2PO450mmol/LTris-HCl50mmol/LG
41、ly-NaOHpH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.010.5酶相对活性%25.440.249.863.270.195.599.585.368.163.741.520.8根据上述实验结果,初步判断该-淀粉酶活性最高的条件为。答案答案(1)基因组DNA(2)5使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连(3)(4)813(5)pH为8.5,缓冲液为50mmol/LTirs-HCl解析解析(1)由题干信息可知某种海洋细菌含有-淀粉酶基因,因此在扩增-淀粉酶基因前需先从细菌中提取细菌的基因组DNA。(2)由于引物的作用是引导子链的延伸,将脱氧核苷酸连接到引物上时,是与引物
42、的3端相连的,由此确定需在引物的5端加上限制性酶切位点。常在两条引物上加入不同的限制酶切位点的主要目的是使DNA片段能定向插入表达载体,防止自身相连。(3)进行PCR扩增时,退火的温度与引物长短和碱基种类有关。延伸时间长短的设定与扩增片段的长度有关。(4)密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,该mRNA上5端为AUG(起始密码子),因此可依据三个碱基是一个密码子来分析图中虚线框中的碱基,可得出共有8个密码子。由于虚线框后的第一个密码子的第一个碱基已经固定为U,因此还有2个碱基未知,共可能有的种数为44=16,又因为UAG、UGA、UAA为终止密码子,因此决定氨基酸的密码子最多有1
43、3种。(5)据表格数据可知:-淀粉酶在pH为8.5、缓冲液为50mmol/LTris-HCl的条件下相对活性为99.5%,初步判断此条件下酶活性最高。5.(2017天津理综,9,20分)玉米自交系(遗传稳定的育种材料)B具有高产、抗病等优良性状,但难以直接培育成转基因植株,为使其获得抗除草剂性状,需依次进行步骤、实验。.获得抗除草剂转基因玉米自交系A,技术路线如下图。(1)为防止酶切产物自身环化,构建表达载体需用2种限制酶,选择的原则是(单选)。Ti质粒内,每种限制酶只有一个切割位点G基因编码蛋白质的序列中,每种限制酶只有一个切割位点酶切后,G基因形成的两个黏性末端序列不相同酶切后,Ti质粒形
44、成的两个黏性末端序列相同A.B.C.D.(2)如表所示是4种玉米自交系幼胚组织培养不同阶段的结果。据表可知,细胞脱分化时使用的激素是,自交系的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。(3)农杆菌转化愈伤组织时,T-DNA携带插入其内的片段转移到受体细胞。筛选转化的愈伤组织,需使用含的选择培养基。(4)转化过程中,愈伤组织表面常残留农杆菌,导致未转化愈伤组织也可能在选择培养基上生长。含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达,其产物能催化无色物质K呈现蓝色。用K分别处理以下愈伤组织,出现蓝色的是(多选)。A.无农杆菌附着的未转化愈伤组织激素结果自交系2,4-D(2.0mg/L)6-BA(0.5m
45、g/L)IBA(2.0mg/L)愈伤组织形成率(%)芽的分化率(%)根的诱导率(%)甲991390乙858087丙888312丁168583B.无农杆菌附着的转化愈伤组织C.农杆菌附着的未转化愈伤组织D.农杆菌附着的转化愈伤组织(5)组织培养获得的转基因植株(核DNA中仅插入一个G基因)进行自交,在子代含G基因的植株中,纯合子占。继续筛选,最终选育出抗除草剂纯合自交系A。答案答案(1)A(2)2,4-D乙(3)除草剂(4)BD(5)13解析解析(1)利用双酶切可有效防止出现限制酶切割后的产物(目的基因、载体)发生自身环化及目的基因与载体的任意连接现象。这要求每种限制酶在Ti质粒内只有一个切割位
46、点,含目的基因的DNA片段被两种限制酶切割形成的黏性末端碱基序列不同。(2)细胞脱分化形成愈伤组织。表格信息显示,使用了2,4-D促使细胞脱分化。作为转化受体的幼胚,不仅要易脱分化,而且还要易再分化生芽、生根,故乙的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。(3)构建的基因表达载体中有抗生素抗性基因和除草剂抗性基因(除草剂抗性基因位于T-DNA片段上),因利用农杆菌转化法转基因时,只有T-DNA整合到植物细胞染色体DNA上,故需使用含除草剂的培养基筛选转化的愈伤组织。(4)因“含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达”,只有细胞内含有报告基因(成功转化)的愈伤组织,用K处理后出现蓝色,故选BD
47、。(5)转基因植株相当于携带G基因的杂合子,转基因植株自交,后代有3/4植株携带G基因,其中纯合子占1/3。易错警示易错警示转基因植物培育过程中,筛选成功转化的植物受体细胞的标准利用农杆菌转化法完成植物细胞转基因时,因只有Ti质粒的T-DNA整合到受体细胞的染色体DNA上,故筛选转化的植物受体细胞只能借助T-DNA片段上的特殊基因作为筛选标准,而Ti质粒上的非T-DNA片段未导入植物受体细胞,在对转化后的受体细胞筛选时不能以此作为选择标准。6.(2017江苏单科,33,8分)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工
48、程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题:(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过获得用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的位点。设计引物时需要避免引物之间形成,而造成引物自连。(3)图中步骤1代表,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进
49、措施有(填序号:升高退火温度降低退火温度重新设计引物)。答案答案(1)逆转录cDNA(2)限制性核酸内切酶碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板GC含量高(5)解析解析本题主要考查目的基因的获取及PCR技术的有关知识。(1)依据题中表述现象分析,mRNA合成目的基因的过程应为逆转录过程,由mRNA直接逆转录形成的DNA为cDNA。(2)构建重组质粒时需要限制酶和DNA连接酶,因此推测在引物中需要增加适当的限制酶识别的位点。设计引物时需要注意避免引物1和引物2之间形成碱基互补配对。(3)图中步骤1代表变性。(4)退火温度过高会破坏引物与模板链之间的碱基互补配对。由于含G/C碱基对多的DNA稳定性
50、强,因此在PCR过程中设置的温度应视G/C的含量而定。(5)温度过高不利于引物与模板结合;引物设计不合理也会影响PCR扩增反应。知识归纳知识归纳关于引物的几个问题:引物是一小段DNA或RNA,它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对,其长度通常为2030个核苷酸。由于PCR利用了DNA的热变性原理,因此温度的高低直接影响DNA变性、复性和延伸的过程,特别是复性的过程即题中的退火过程,它关乎引物是否能与模板链结合,只有二者结合后才有可能进行“延伸”。结合DNA的结构特点,A与T之间有2个氢键、C与G之间有3个氢键,可知引物中含碱基不同则耐温程度不同,其中含C/G较多的引物,PCR扩增时温度可适当提